JP2005086418A

JP2005086418A - アンテナ装置およびそれを用いた無線通信機

Info

Publication number: JP2005086418A
Application number: JP2003315398A
Authority: JP
Inventors: Misako Sakae; 美砂子榮; Akihiko Iguchi; 明彦井口; Hiroki Satou; 祐己佐藤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-09-08
Filing date: 2003-09-08
Publication date: 2005-03-31

Abstract

【課題】本発明はアンテナ装置とそれを用いた無線通信機に関するもので、携帯電話などの無線通信機の筐体内部にも配置可能であるような小型で広帯域なアンテナ装置を提供する。
【解決手段】この目的を達成するために本発明は、基体３４と、この基体３４の表面または内部に形成され一端が開放された第一のアンテナ素子３５と、前記基体３４の表面または内部に形成され第一のアンテナ素子３５と絶縁して配置され、両端が開放された第二のアンテナ素子３６と、前記第一のアンテナ素子３５の他端に接続されるリング状素子３７と、このリング状素子３７に接続される給電部３８とを備え、前記基体３４を高誘電率の樹脂で形成した。
【選択図】図３

Description

本発明は携帯電話などの無線通信機に用いられるアンテナ装置とそれを用いた無線通信機に関するものである。

携帯電話などの無線通信機は、システムの複合化が進んでおり、複数の周波数に対応するアンテナ装置が用いられている。また、アンテナ装置を無線通信機の筐体内に配置する無線通信機が、増加しつつある。

従来の複数の周波数に対応した携帯電話などの無線通信機に用いられるアンテナ装置を図７に示す。

図７において、１０１は基体、１０２は螺旋状の第一のアンテナ素子、１０３はジグザグ状の第二のアンテナ素子、１０４はリング状素子、１０５は給電部、１０６は回路基板、１０７は回路基板１０６上のグランドパターンである。

以上のような構成により、複数の周波数に対応した広帯域なアンテナ装置が実現される。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば特許文献１が知られている。
特開２００１−２９１６０４号公報

しかしながら、アンテナ装置の筐体内への内蔵化に伴い、アンテナ装置自体の小型化が必要となっており、一般的にアンテナ装置を小型化すると帯域幅や放射効率などのアンテナ特性が劣化し、上記の構成のアンテナ装置においては、螺旋状の第一のアンテナ素子１０２の螺旋間隔が狭くなり帯域幅が減少するという問題を有していた。

本発明は携帯電話などの無線通信機において、小型・広帯域で、しかも複数の周波数に対応する内蔵可能なアンテナ装置を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有する。

本発明の請求項１に記載の発明は、特に、基体と、この基体の表面または内部に形成され一端が開放された第一のアンテナ素子と、前記基体の表面または内部に形成され第一のアンテナ素子と絶縁して配置され、両端が開放された第二のアンテナ素子と、前記第一のアンテナ素子の他端に接続されるリング状素子と、このリング状素子に接続される給電部とを備え、前記基体が高誘電率の樹脂で形成されたアンテナ装置である。本構成にすることにより、２つのアンテナ素子どうしが電磁界的に相互作用するとともに、リング状素子が整合回路として動作するため、マルチバンドに対応したアンテナ装置を得ることができる。また、基体を高誘電率の樹脂で形成することにより、成型加工が容易であり、さらに誘電率の波長短縮効果によりアンテナ素子長を短くすることが可能となるので、多様な形状に対応可能な小型なアンテナ装置を得ることができる。

本発明の請求項２に記載の発明は、特に、第一または第二のアンテナ素子が螺旋状のヘリカル素子で構成された請求項１に記載のアンテナ装置である。本構成にすることにより、螺旋状のピッチや素子幅を変化させることで、小型で広帯域なアンテナ装置を得ることができる。

本発明の請求項３に記載の発明は、特に、第一または第二のアンテナ素子がジグザグ状のメアンダ素子で構成された請求項１に記載のアンテナ装置である。本構成にすることにより、メアンダのエレメント間の浮遊容量によりアンテナ素子の電気長を伸ばすことができ、同じ電気長をより短いエレメント長で構成することができるので、小型なアンテナ装置を得ることができる。

本発明の請求項４に記載の発明は、特に、基体を構成する樹脂の比誘電率が６以上である請求項１に記載のアンテナ装置である。本構成にすることにより、誘電率の持つ波長短縮効果により、比誘電率の小さい基体を用いたアンテナと比べるとアンテナ素子長を半分以下にできるため、小型なアンテナ装置を得ることができる。

本発明の請求項５に記載の発明は、特に、内部に第一の回路基板を有し表面に入力部を有する第一の筐体と、内部に第二の回路基板を有し表面に表示部を有する第二の筐体と、前記第一の回路基板と第二の回路基板を電気的に接続する接続部と、前記接続部を内蔵する開閉可能なヒンジ部とを備え、前記第一の筐体内の第一の回路基板の前記接続部側に配置される請求項１に記載のアンテナ装置を備えた無線通信機である。本構成にすることにより、小型、広帯域、マルチバンドに対応したアンテナ装置を具備する折り畳み可能な無線通信機を得ることができる。

本発明の請求項６に記載の発明は、特に、内部に第一の回路基板を有し表面に入力部を有する第一の筐体と、内部に第二の回路基板を有し表面に表示部を有する第二の筐体と、前記第一の回路基板と第二の回路基板を電気的に接続する接続部と、前記接続部を内蔵する開閉可能なヒンジ部とを備え、前記第一の筐体内の第一の回路基板の前記接続部の反対側に配置される請求項１に記載のアンテナ装置を備えた無線通信機である。本構成にすることにより、接続部が近接することによるアンテナ装置の特性変動がないので、安定した特性の小型、広帯域、マルチバンドに対応したアンテナ装置を具備する折り畳み可能な無線通信機を得ることができる。さらに、アンテナ装置の配置箇所が、無線通信機の下端部にあることから、人体頭部への影響を低減できる。

本発明の請求項７に記載の発明は、特に、アンテナ装置と、第一と第二の回路基板との距離をほぼ等距離にした請求項５に記載の無線通信機である。本構成にすることにより、筐体の開閉によるアンテナ装置のインピーダンスの変動を低減することができ、安定した特性の無線通信機を得ることができる。

本発明の請求項８に記載の発明は、特に、接続部とアンテナ装置との距離を保つスペーサとを備えた請求項５に記載の無線通信機である。本構成にすることにより、接続部とアンテナ装置の距離が変動することによるアンテナ装置のインピーダンスの変動を低減することができ、安定した特性の無線通信機を得ることができる。

本発明は、基体と、この基体の表面または内部に形成され一端が開放された第一のアンテナ素子と、前記基体の表面または内部に形成され第一のアンテナ素子と絶縁して配置され両端が開放された第二のアンテナ素子と、前記第一のアンテナ素子の他端に接続されるリング状の素子と、前記リング状の素子に接続される給電部とを備え、前記基体を高誘電率の樹脂で形成することで、マルチバンドに対応した小型、広帯域なアンテナ装置およびそれを用いた無線通信機を提供することができるものである。

本発明の一実施の形態について説明する。

図１は無線通信機の例として携帯電話の電気回路を示しており、アンテナ装置１はアンテナ共用器２を介して送信ライン３と受信ライン４に接続されている。このアンテナ共用器２は送信フィルタ６と受信フィルタ５から構成されている。アンテナ装置１で受信された電波はアンテナ共用器２を介して受信ライン４に伝達される。受信ライン４には増幅器７、段間フィルタ８、ミキサ９、ＩＦフィルタ１０、復調器１１を介してスピーカ１２に接続され受信した電波を音声として出力している。

また、マイク１３に入力した音声は変調器１４、ミキサ１５、段間フィルタ１６、増幅器１７、アイソレータ１８が設けられた送信ライン３を通してアンテナ共用器２を介してアンテナ装置１から電波として送信している。

また、ミキサ９，１５にはそれぞれ電圧制御発振器（ＶＣＯ）１９がそれぞれフィルタ２０，２１を介して接続されている。

図２は携帯電話の具体的な構成図を示したものであり、内部に第一の回路基板３０ａを有した第一の筐体３０、内部に第二の回路基板３１ａを有した第二の筐体３１、回路基板３０ａ，３１ａを電気的に接続する導体による接続部３２、接続部３２を内蔵する開閉可能なヒンジ部３３、およびアンテナ装置１で構成される。この回路基板３０ａおよび３１ａには図１に示す電気回路が構成されている。

前記アンテナ装置１について図３に本発明の構成を示す。アンテナ装置１は、基体３４と、螺旋状に形成し一端を開放端とした第一のアンテナ素子３５と、この第一のアンテナ素子３５と絶縁して配置した両端が開放されたジグザグ状の第二のアンテナ素子３６と、第一のアンテナ素子３５の他端に接続されたリング状素子３７と、このリング状素子３７に接続された給電部３８とで構成されている。

第一のアンテナ素子３５は基本的にアンテナとしての働きをし、第一のアンテナ素子３５に給電部３８を介して給電することで、第一のアンテナ素子３５を構成する銅線の幅や長さを調整し、λ／４共振モードのアンテナとして機能している。

また、第一のアンテナ素子３５と第二のアンテナ素子３６は互いに高周波的に電磁界結合をし、それぞれ例えば９００ＭＨｚと１．９ＧＨｚ帯の共振をするように長さや素子間のギャップを構成し、マルチバンドに対応したアンテナ動作をすることができる。さらに、リング状素子３７が高周波回路として分布定数回路的に動作し、整合回路としての効果が得られ、広帯域なアンテナ装置１となる。

本実施の形態において、第一のアンテナ素子３５、第二のアンテナ素子３６、リング状素子３７は例えば金属片を打ち抜いて成型加工するプレス工法を用いて構成することができ、このとき金属片として銅を用いれば加工性にも優れ、電気的導体損失も小さくすることができるため、製造容易でバラツキが少なく、かつ効率の良いアンテナ装置１とすることができる。

また、基体３４に流動性のある射出成型可能な樹脂製の誘電体を用いることで、成型加工が容易となり、本実施の形態の図３に示すような直方体の基体３４に限ることなく、多様な形状に対応したアンテナ装置１を得ることが可能となる。さらに比誘電率が６以上であるような誘電体を用いることにより、小型なアンテナ装置１を得ることができる。

図４は、ε’＝７とε’＝３の二つの基体を用いた同じ大きさのアンテナ装置の比帯域幅を比較したグラフである。点線で示すε’＝３のアンテナ装置に比べて、実線で示すε’＝７のアンテナ装置は、広帯域を図ることが可能となっている。同じ比帯域幅のアンテナ装置を実現するならば、ε’＝７のアンテナ装置は小型化を図ることができる。

図５（ａ）に示すように、アンテナ装置１と第一の回路基板３０ａとの距離をＸ１、第二の回路基板３１ａとの距離をＸ２とすると、アンテナ装置１はＸ１とＸ２が等しくなるように配置するのが好ましい。一般的に、アンテナ装置とＧＮＤとの距離が大きいほど広帯域化が図れるが、本実施の形態のように折り畳み可能な端末の場合は、筐体の開閉時でアンテナ装置１に近づくＧＮＤの条件が変わってしまう。

つまり、筐体を開いた場合には、第二の回路基板３１ａがアンテナ装置１に近づくため、筐体を閉じた場合とアンテナ装置１のインピーダンスが変化してしまう。安定した無線通信機を得るためには、筐体の開閉時でのインピーダンス変動をできるだけ小さくすることが望ましい。そこで、回路基板３０ａ，３１ａとの距離Ｘ１，Ｘ２が等しくなるようにアンテナ装置１を配置することで、このインピーダンス変動を低減することができ、安定した特性の無線通信機を得ることができる。さらに、図５（ｂ）のようにアンテナ装置１を回路基板３０ａから浮かせた状態で配置することでも、筐体の開閉によるインピーダンスの変動を低減することが可能となる。

また、図６に示すように接続部３２とアンテナ装置１との距離を保つようにスペーサ３９を設けることで、筐体の開閉時に接続部３２とアンテナ装置１との距離が一定となりアンテナ装置１のインピーダンスの変動が低減し、安定した特性の無線通信機を得ることができる。

なお上記実施の形態では、アンテナ装置１を第一の回路基板３０ａの接続部３２側に配置した場合について説明したが、アンテナ装置１を接続部３２と反対側に配置しても構わない。この場合は、接続部３２が近接することによるアンテナ装置１の特性変動がないので、より安定したアンテナ装置１となる。さらに、アンテナ装置１が人体頭部から離れるため、人体への影響を低減したアンテナ装置１となる。

本発明にかかるアンテナ装置は、高誘電率の樹脂で形成された基体、第一のアンテナ素子、第二のアンテナ素子、リング状素子により構成することで、マルチバンドに対応し、さらに小型化、広帯域化が図れるので、無線通信機の筐体内部に配置可能なアンテナ装置等に有用である。

本発明のアンテナ装置を用いる携帯電話の電気回路図本発明のアンテナ装置を用いる携帯電話の具体的な構成図本発明の一実施の形態を示すアンテナ装置の分解斜視図本発明のアンテナ装置の帯域幅の特性図（ａ），（ｂ）本発明の一実施の形態を示すアンテナ装置の説明図本発明の一実施の形態を示すアンテナ装置の構成図従来のアンテナ装置の斜視図

符号の説明

１アンテナ装置
３０第一の筐体
３０ａ第一の回路基板
３１第二の筐体
３１ａ第二の回路基板
３２接続部
３３ヒンジ部
３４基体
３５第一のアンテナ素子
３６第二のアンテナ素子
３７リング状素子
３８給電部

Claims

基体と、この基体の表面または内部に形成され一端が開放された第一のアンテナ素子と、前記基体の表面または内部に形成され第一のアンテナ素子と絶縁して配置され両端が開放された第二のアンテナ素子と、前記第一のアンテナ素子の他端に接続されるリング状素子と、このリング状素子に接続される給電部とを備え、前記基体が高誘電率の樹脂で形成されたアンテナ装置。
第一または第二のアンテナ素子が螺旋状のヘリカル素子で構成された請求項１に記載のアンテナ装置。
第一または第二のアンテナ素子がジグザグ状のメアンダ素子で構成された請求項１に記載のアンテナ装置。
基体を構成する樹脂の比誘電率が６以上である請求項１に記載のアンテナ装置。
内部に第一の回路基板を有し表面に入力部を有する第一の筐体と、内部に第二の回路基板を有し表面に表示部を有する第二の筐体と、前記第一の回路基板と前記第二の回路基板を電気的に接続する接続部と、前記接続部を内蔵する開閉可能なヒンジ部とを備え、前記第一の筐体内の第一の回路基板の前記接続部側に配置される請求項１に記載のアンテナ装置を備えた無線通信機。
内部に第一の回路基板を有し表面に入力部を有する第一の筐体と、内部に第二の回路基板を有し表面に表示部を有する第二の筐体と、前記第一の回路基板と前記第二の回路基板を電気的に接続する接続部と、前記接続部を内蔵する開閉可能なヒンジ部とを備え、前記第一の筐体内の第一の回路基板の前記接続部の反対側に配置される請求項１に記載のアンテナ装置を備えた無線通信機。
アンテナ装置と、第一と第二の回路基板との距離をほぼ等距離にした請求項５に記載の無線通信機。
接続部とアンテナ装置との距離を保つスペーサとを備えた請求項５に記載の無線通信機。